东祁连山不同利用方式下高寒草甸草原土壤养分特征

任灵，袁子茹，陈建纲，李硕，张德罡，林栋

(甘肃农业大学草业学院，甘肃 兰州 730070)



东祁连山不同利用方式下高寒草甸草原土壤养分特征

任灵，袁子茹，陈建纲，李硕，张德罡，林栋

(甘肃农业大学草业学院，甘肃 兰州 730070)

【目的】 对东祁连山不同利用方式下的草甸草原土壤养分特征进行研究，为合理利用和保护草原资源提供参考.【方法】 在金强河地区高寒草地上选取连续放牧、冬季放牧、围栏封育、燕麦地4种草地利用方式，在7月与9月进行土壤养分测定.【结果】 不同利用方式土壤pH变化趋势不明显，变化范围在8.22～8.87；围栏封育方式下土壤有机质、速效磷含量最高，含量分别为70.21 g/kg、65.07 mg/kg；冬季放牧方式下土壤全氮、全钾含量最高，分别为6.69、7.85 mg/kg；连续放牧、燕麦地方式下土壤全磷含量最高，分别为0.79、0.72 mg/kg；连续放牧速效氮、速效钾含量最高，分别为104.29、588.63 mg/kg.【结论】 东祁连山高寒草地土壤pH值整体较大，有机质、全氮、全钾、全磷、速效钾含量较丰富，除人工燕麦地，其余各利用方式土壤速效磷含量较高，表层土壤达到二级.

高寒草甸；土壤养分；利用方式；东祁连山

土壤肥力是土壤为植物生长提供和协调营养条件和环境条件的能力，是土壤各种基本性质的综合表现，是土壤区别于成土母质和其他自然体的最本质的特征，也是土壤作为自然资源和农业生产资料的物质基础.土壤不仅提供给作物养分、水分、空气，并且土壤环境会影响到作物吸收养分、水分的大小.从作物灰分的物质来看，土壤主要供给作物氮、磷、钾、硫、铁、镁等11种营养物质[1].土壤生产力是土壤的核心之一，而基础是土壤肥力.研究表明，长期放牧会导致草地土壤硬度和紧实度增加，持水量下降，有机质和养分向土壤的输入减少[2].张汪寿等[3]对不同利用条件下的土地进行了土壤质量评价，韩平等[4]对北京郊区农田进行了土壤肥力和土壤环境质量评价，游明鸿等[5]阐述了草地土壤肥力的来源及土壤基本养分对草地生产的作用.Chen 等[6]研究了7种土壤类型涉及碳、氮、磷的土壤营养问题，Preedy等[7]研究了草原中磷元素的转移与流失问题，在长期的利用过程中，土壤养分发生了较大变化，对其进行研究，探讨土壤养分的演变规律，以期为土壤养分的预测预报提供依据.

甘肃省天祝藏族自治县处于青藏高原、黄土高原和内蒙古高原的交汇地带，属青藏高原东北边缘、祁连山东段，地貌以山地为主.该地区的高寒草甸草原是发展高寒草地畜牧业的重要资源，也是影响周边地区农业生产和生态安全的重要区域[8].由于高寒草甸草原所处自然条件恶劣，属于生态脆弱地带，较容易受到干扰而发生退化，其中，不当的利用方式是引起退化的重要因素之一，且退化后靠其自身能力恢复比较困难[9]，在草原退化发生的同时，其土壤养分也有相应的动态响应，因此，试验旨在通过对天祝金强河流域高寒草甸草原在不同放牧利用方式下土壤各养分含量特征的研究，为合理利用和保护该类草原资源提供参考.

1 材料和方法

1.1 样地概况

本试验区位于甘肃省天祝金强河河谷，属于寒冷潮湿类高寒草地.河谷南北宽为5～15 km，东西长约30 km[10]，海拔2 710～3 080 m，地理坐标为N 37°10′～37°20′，E 102°30′～102°80′，据甘肃农业大学草原站(海拔2 960 m)记录，年平均温度为-0.1℃，1月均温为-18.3 ℃，7月均温为12.7 ℃，>0 ℃年积温为1 380 ℃；水热同期，年日照时间为2 600 h；年降水量为416 mm，多为地形雨，集中于7～9月；年蒸发量为1 592 mm，是降水量的3.8倍.无绝对无霜期，仅分冷热两季.10月至次年4月为其降雪时期.区内土层较薄，厚40～80 cm，土壤pH值为7.0～8.2，有机质含量为10%～16%[11].土壤从河漫滩，阶地至高山依次为亚高山草甸土、亚高山黑钙土、亚高山栗钙土、亚高山灌丛草甸土、高山灌丛草甸土.金强河地区的植被属青藏高原植物亚区[12].主要优势植物有垂穗披碱草、羊茅、草地早熟禾、赖草等[13-14]，样地概况如表1所示，在放牧利用前样地主要为天然放牧草地.

表1 样地概况

Tab.1 Description of sample sites

样地经纬度海拔/m盖度/%利用年限/a主要植物连续放牧E102.78442°N37.19691°29094210矮嵩草(Kobresiahumilis)、棘豆(Oxytropisspp.)、委陵菜(Po-tentillaspp.)、披碱草(Elymusspp.)、火绒草(Leontopodiumleontopodioides)、扁蓿豆(Melissilusruthenicus)、醉马草(Ach-natheruminebrians)、蒲公英(Taraxacummomaolicum)冬季放牧E102.78993°N37.18693°29214510矮嵩草(Kobresiahumilis)、赖草(Leymussecalinus)、苔草(Carextristachya)、二裂委陵菜(Potentillabifurca)、针茅(Stipaspp.)、醉马草(A.inebrians)、扁蓿豆(M.ruthenicus)、狼毒(Stellerachamaejasm)、高山唐松草(Thalictrumalpinum)围栏封育E102.78889°N37.18776°29137710矮嵩草(Kobresiahumilis)、针茅(S.spp.)、早熟禾(Poaspp.)、披碱草(Elymusspp.)、珠芽蓼(Polygonumviviparum)、扁蓿豆(M.ruthenicus)、赖草(L.secalinus)燕麦地E102.78452°N37.19681°2909634燕麦(Avenasativa)

1.2 样地设置及土样采集

在金强河地区高寒草地上选取连续放牧、冬季放牧、围栏封育、燕麦地4种草地利用方式，以围栏封育为标准在7月与9月进行土壤养分测量，采取0～10、10～20、20～30 cm深度的土样，带回实验室后风干、去杂(去除根系、石块等)，过筛后供土壤养分测定.

1.3 指标测定及方法

土壤容重采用环刀法测定；土壤有机质采用K2Cr2O7测定；土壤全磷、铵态氮采用流动注射法；土壤速效磷采用碳酸氢钠法；土壤速效氮采用碱解扩散法；土壤全钾采用原子吸收分光光度计测定；土壤速效钾采用醋酸铵提取、原子吸收分光光度计测定；pH值测定用酸度计法.

1.4 数据统计分析

试验数据使用Excel 2007和SPSS 20.0软件分析.

2 结果与分析

2.1 土壤养分状况

7月与9月土壤养分含量测定结果见表1-2.

表2 7月土壤养分状况

Tab.2 The soil nutrients contents in July

样地土层/cmpH值有机质/(g·kg-1)全氮/(mg·kg-1)速效氮/(mg·kg-1)全磷/(mg·kg-1)速效磷/(mg·kg-1)全钾/(mg·kg-1)速效钾/(mg·kg-1)连续放牧0～108.23±0.09cC46.75±1.75dA6.18±0.35abA104.29±3.13aA0.79±0.02aA37.60±0.49bcA7.72±0.18aA588.63±9.69abA10～208.61±0.08aB37.84±1.00cB6.09±0.07cA76.94±2.87bA0.68±0.01bB23.22±1.20cB7.51±0.03dA437.52±9.02bB20～308.87±0.08aA18.98±0.39dC6.11±0.07abA70.08±2.64cA0.63±0.01bC10.61±0.20dC7.55±0.03abA395.76±14.38bC围栏封育0～108.39±0.08bcB84.52±1.07aA6.13±0.04abA84.04±0.10cA0.68±0.00dA39.74±0.50aA7.57±0.02abA556.60±8.20cA10～208.69±0.07aA60.26±2.77aB6.39±0.12bcA77.72±0.99bB0.62±0.01dB20.03±0.50cdB7.69±0.06bA373.47±10.67cdB20～308.87±0.08abA48.67±1.69aC5.86±0.22bB64.71±1.29dC0.50±0.00dC12.20±0.58dC7.43±0.11bB262.17±10.22dC冬季放牧0～108.49±0.07bC60.26±0.57cA6.44±0.07aA69.91±0.28dA0.74±0.01bA36.22±1.09cA7.72±0.3aA565.12±7.99bcA10～208.62±0.09aB51.13±1.20bB6.20±0.01cB55.00±0.93dB0.66±0.00cB19.54±0.80dB7.60±0.00cB364.94±12.68dB20～308.69±0.07abAB29.01±1.58dC6.26±0.01abB48.62±1.05dC0.67±0.01aB16.14±0.81cC7.63±0.00aB272.44±14.72dC燕麦地0～108.67±0.08aA44.27±0.96dA6.29±0.12abA77.36±0.86dAB0.72±0.02cA26.54±1.17dB7.64±0.06abA302.77±6.75dA10～208.56±0.08aA39.46±0.74cB6.25±0.06cA75.23±1.55bB0.74±0.00aA31.68±0.71aA7.62±0.03cA289.15±3.74cB20～308.55±0.10bA34.16±1.02cdC6.02±0.30abA78.77±1.33bA0.66±0.01aB21.60±1.24aC7.51±0.15abA271.30±3.20dC4〛

采用单因素方差分析，小写字母代表0.05显著水平，大写字母表示0.01显著水平.

表3 9月土壤养分状况

Tab.3 The soil nutrients contents in September

样地土层/cmpH值有机质/(g·kg-1)全氮/(mg·kg-1)速效氮/(mg·kg-1)全磷/(mg·kg-1)速效磷/(mg·kg-1)全钾/(mg·kg-1)速效钾/(mg·kg-1)连续放牧0～108.22±0.05cA35.45±0.17cA6.20±0.01bA38.92±0.13dC0.79±0.00abA48.52±1.02dA7.60±0.00bA587.03±9.34aA10～208.63±0.05aA31.00±0.38cB6.26±0.05bA48.62±0.60cB0.73±0.00bB38.28±0.48cB7.63±0.03aA356.69±3.37cB20～3008.70±0.05bA31.73±0.24cB6.04±0.03cB79.00±0.70aA0.46±0.01dC25.42±0.74bC7.52±0.01cB278.09±9.41cdC围栏封育0～108.33±0.05bcB70.90±0.39aA6.20±0.03bAB67.09±0.95cA0.79±0.00bA65.07±1.39aA7.60±0.02bAB559.49±12.50aA10～208.64±0.05aA59.78±0.30aC6.37±0.1bA52.72±0.62dB0.66±0.00cB25.03±0.33dB7.69±0.05cA428.38±32.68bB20～308.32±0.05cB70.21±0.92aB6.04±0.09bB45.69±0.90bC0.56±0.01dC18.92±0.50dC7.52±0.05bB255.27±11.28dC冬季放牧0～108.57±0.05abB55.31±0.60bA6.69±0.03aB34.25±0.23dA0.75±0.01cA43.06±0.06dA7.85±0.02aB417.36±54.26bA10～208.74±0.05aA48.71±0.93cB6.70±0.01aB29.67±0.08dB0.72±0.01bB27.89±0.58dB7.85±0.01aB372.48±13.47cAB20～308.77±0.05abA33.01±0.18dcC6.82±0.01cA26.67±0.47dC0.69±0.01cB21.03±0.34cC7.91±0.01aA298.52±9.09cB燕麦地0～108.65±0.05aA40.11±0.09dA6.52±0.10aAB55.31±1.13cA0.79±0.00bA27.27±0.23dB7.77±0.05aAB222.14±12.48cA10～208.63±0.05aA33.98±1.90dB6.12±0.10bcB29.97±0.18dC0.77±0.00aAB30.43±0.96dA7.65±0.10bB211.54±7.82dA20～308.72±0.05abA32.28±0.24dB6.84±0.06aA47.24±2.36bB0.76±0.01aB30.69±0.03aA7.92±0.03aA204.16±6.51dA

采用单因素方差分析，小写字母代表0.05显著水平，大写字母表示0.01显著水平.

2.2 土壤pH、有机质含量的变化

土壤pH的大小决定了土壤酸碱程度，除人工燕麦地，7月土壤pH随土层增加而增加，0～20 cm两层土壤pH变化不大，20～30 cm土层变化较明显，连续放牧表层土壤pH最低，20～30 cm土层最大； 9月与7月相比，20～30 cm土层变化较明显，冬季放牧最低.7月人工燕麦草地pH变化随土层增加而降低.10～30 cm两层土壤pH值几乎相同，但低于表层土；而秋季变化则相反，20～30 cm土层pH介于0～10 cm、10～20 cm，说明秋季土壤pH变化较明显.

土壤有机质含量是评价土壤退化很重要的指标之一，随土层增加而减少，围栏封育有机质含量最多，放牧地区有机质含量相对减少，土壤有机质含量的顺序为围栏封育>冬季放牧>连续放牧>燕麦地；但9月份土壤有机质含量随土层增加递变规律不明显，说明夏季对土壤有机质影响较大，燕麦地土壤有机质含量最低，可能由于利用时间较短，土壤还未得到有效地调节.

2.3 土壤全氮、全钾、全磷含量的变化

土壤中氮磷钾全量指标是土壤养分含量的主要指标，如表3所示，全氮与全钾含量变化情况相似，0～30 cm土层含量顺序为冬季放牧>燕麦地>围栏封育>连续放牧，7月连续放牧地全氮与全钾含量随土层增加而减少，冬季放牧全氮、全钾含量变化趋势与之相反；10～20 cm土层围栏封育全氮含量较多.土壤全磷含量顺序为燕麦地>连续放牧>围栏封育>冬季放牧，随土层增加而减少，相同土层之间不同类型土壤全磷含量相差不大.9月各类型土壤中全氮含量无明显变化，但全钾、全磷含量变化较明显，冬季放牧3层土壤全钾含量相似，为最高，其余各类型土壤全磷含量变化情况与7月相同.说明全量氮磷钾在不同季节变化差异较大.

2.4 土壤速效氮、速效磷、速效钾含量的变化

7月0～10 cm土层土壤速效氮含量最高，其中冬季放牧含量最低，燕麦地含量明显变化；9月表层土壤冬季放牧速效氮含量最高，20～30 cm土层含量最低，而夏季放牧土壤速效氮含量变化与之相反.除燕麦地，其余各土壤速效氮含量随土层增加而减少，而燕麦地0～10、20～30 cm速效氮含量高于10～20 cm土层.速效氮总体含量顺序为连续放牧>冬季放牧>围栏封育>燕麦地.

土壤速效磷含量7月略高于9月，7月10～20 cm土层最高，大于表层和底层土壤；土壤速效磷含量顺序为围栏封育>燕麦地>连续放牧>冬季放牧.

随季节变化，土壤速效钾含量变化无明显差异，但随土层增加而减少，人工燕麦地含量最低，连续放牧方式下含量最高，秋季0～20 cm土层中连续放牧方式下含量最高，20～30 cm土层中冬季放牧方式下含量最高，速效钾含量顺序为连续放牧>围栏封育>冬季放牧>燕麦地.

3 讨论

不同季节，不同草地类型土壤养分含量各不相同，土壤作为生态系统中生物与环境相互作用的重要产物，放牧干扰易造成土壤结构的破坏和养分的损耗，家畜对草地利用情况不同，通过践踏、采食和排泄粪便等影响草地，影响草地植物的生长发育，自然对草地土壤产生直接影响[15-17].根据全国统一划分土壤养分的六级制分级，如表3所示[18].

表4 土壤养分含量分级表

Tab.4 Classification of soil nutrient content

级别有机质/%全氮/%全磷/%全钾/%速效氮/(mg·kg-1)速效磷/(mg·kg-1)速效钾/(mg·kg-1)pH值一级>4.000>0.200>0.200>3.000>150>40>165<4.50二级3.010～4.0000.151～0.2000.161～0.2002.41～3.00121～15020～40125～1654.51～5.50三级2.010～3.0000.100～0.1500.121～0.1601.81～2.4090～12010～2085～1255.51～6.50四级1.01～2.000.076～0.1000.081～0.1201.21～1.8060～905～1040～856.51～7.50五级0.60～1.000.050～0.0750.040～0.0800.60～1.2160～903～525～407.51～8.50六级<0.60<0.050<0.040<0.60<30<3<25>8.5

以土壤养分含量分级为标准，东祁连山高寒草地土壤pH值整体较大，由于东祁连山地区降水较少，盐基离子不容易被淋失，反而由于较高的蒸发量使土壤中的盐基成分有积累的趋势[25].有机质、全氮、全钾、全磷、速效钾含量较丰富，与赵云等[11]的研究结果大致相似，达到一级标准，而对于速效氮含量而言，人工燕麦地含量较低，为五级水平，养分缺乏严重，9月低于7月，随土壤深度增加，速效氮含量越少，7月冬季放牧地10～30 cm土层比较缺乏，9月连续放牧地0～10 cm土层、冬季放牧地20～30 cm土层严重缺乏，由于家畜频繁践踏、采食，对草地植物生长发育造成阻碍，直接影响到土壤结构，导致土壤养分缺乏；冬季放牧土壤速效氮含量等级较高，而9月严重缺乏，由于秋季气温下降，植物生长缓慢，导致土壤速效氮含量减少，冬季放牧土壤退化严重.

速效磷的含量变化趋势不明显，但9月的含量较高，除人工燕麦地，其余各利用方式土壤速效磷含量较高，表层土壤达到二级.人工燕麦地由于种植植物种类单一，对土壤养分的影响较大，导致土壤养分含量较少.

不同草地利用方式下土壤养分含量也有所不同，由于光照强度、降水分布等因素，导致山脊、阴坡、阳坡围栏内植被生长不均匀，而植物地上生物量的多少直接反映土地的生产能力，所以土壤养分含量及其动态平衡反映土壤质量和草地健康情况，直接影响着草地生产力.速效磷和速效氮是能被植物直接吸收利用的营养元素[19-20]，土壤中速效养分主要与土壤的矿化作用、植物的吸收量、牲畜排泄物量有关；植物的生长对土壤养分起到了关键性作用，直接决定生态系统的结构、功能.

东祁连山高寒草地土壤养分状况总体受季节影响变化较大，研究发现，相同养分在土壤不同剖面层中变化显著(P<0.05)[21]，放牧对土壤肥力有负面的影响，短期内，由于加速了养分的循环效率，产生有利的影响，但长期对草地不合理的利用必然造成系统物质(资源)输入和输出的不平衡，最终导致草原生态系统退化，使土壤养分流失[22].随土层增加，植物地下生物量随之减少，土壤较贫瘠，养分含量较少，在同一样地不同土层中，随土层深度的加，土壤pH值逐渐增大，土壤有机质、土壤全磷、速效磷、速效氮、全钾、速效钾均呈逐渐减小的趋势，放牧干扰对高寒草甸表层土壤0～10 cm影响较大,这与徐广平[23]的研究结果相似.速效养分要比全价养分的变化幅度较大与干友民等[24]通过对亚高山草原土壤的养分成分测定结果相似.由于人工种植时间较短，土壤养分含量较低，但变化趋势比较稳定，对土壤水土保持起到了一定的作用[25].

本研究通过对不同利用方式高寒草甸土壤养分状况的分析，表明放牧干扰、季节变化对草地土壤系统主要营养物质的含量有很大影响，冬季放牧土壤退化较严重，人工草地土壤养分含量严重缺乏，在制定该类草地的利用和保护策略时应该给予充分的考虑，从而有利于高寒草甸系统生态功能的保持.

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(责任编辑 赵晓倩)

Characteristics of soil nutrients in alpine meadow under different utilization patterns in Eastern Qilian Mountains

REN Ling,YUAN Zi-ru,CHEN Jian-gang,LI Shuo,ZHANG De-gang，LIN Dong

(College of Pratacultural Science,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China)

【Objective】 The research worked on soil nutrients could provide the basis for optimizing the land utilization and nursing soil fertility,provide a reference for reasonable use and protect the grassland resources. 【Method】 The area high and cold lawn selects in Jinqianghe on herds,the winter continuously herds,the railing seals nurtures,the oats 4 lawn use way,carries on the soil nutrient determination in July and in September. 【Result】 The variation of soil pH under different utilization patterns was not obvious,and it ranged from 8.22 to 8.87. The contents of organic matter,available phosphorus were the highest in closure pattern and were 70.21 g/kg and 65.07 mg/kg respectively. Under winter grazing utilization pattern,the contents of total nitrogen and total potassium were the highest and were 6.69 and 7.85 mg/kg respectively. Under the continuous grazing and oat utilization patterns,the soil total phosphorus content was the highest as 0.79，0.72 mg/kg. Under the continuous grazing utilization pattern,the contents of available nitrogen and available potassium content were the highest and were 104.29 and 588.63 mg/kg respectively. 【Conclusion】 Soil pH showed difference in Eastern Qilian Mountains high and cold lawn. It is rich in the organic matter,the entire nitrogen,the entire potassium,the entire phosphorus,the fast-acting potassium. Except the artificial oats place,other use way soil fast-acting phosphorus content is high,the surface layer soil achieves two levels.

alpine meadow;soil nutrient;utilization pattern;Eastern Qilian Mountains

任灵(1990-)，女，硕士研究生，研究方向为草地资源与生态.E-mail：384110778@qq.com

张德罡，男，教授，博士生导师，研究方向为草地资源与生态.E-mail：zhangdg@gsau.edu.cn

农业部全国畜牧总站科研项目“草原固碳与水土保持能力测算方法研究”；甘肃省高等学校科研项目(2016A-031).

2015-11-04；

2015-12-09

S 812.2

A

1003-4315(2016)06-0070-06